DE2014218C3

DE2014218C3 - Steuerschaltung für Schalttransistoren

Info

Publication number: DE2014218C3
Application number: DE19702014218
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing. Eilken; Erich Dipl.-Ing. Freystedt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-24
Filing date: 1970-03-24
Publication date: 1978-03-30
Also published as: DE2014218B2; DE2014218A1

Description

An die Steuenchaltungen für als Schalter arbeitende Transistoren, insbesondere- Leistkjgstransistoren, müssen umso höhere Anforderungen gestellt werden, je wirksamer die Umschaltverluste in Jen Schalttransistoren verringert werden sollen. Von der Größe der Umschaltverluste hängen in hohem Maße die Kosten, der Wirkungsgrad sowie Gewicht und Volumen von Schaltungen ab, die als wesentlichen Bestandteil Schalttransistoren benutzen. Da alle diese Faktoren eine Funktion der Frequenz sind, mit der die Transistoren unter Berücksichtigung der Verlustleistung maximal betrieben werden können, kommt der Steuerung des Leitzustandes der Transistoren besondere Bedeutung zu.

Es ist bereits bekannt, die Einschaltverluste von Schalttransistoren durch Verkürzung der Einschaltzeiten zu verringern, indem die Schalttransistoren im Umschaltbereich übersteuert werden. Eine starke Übersteuerung hat dagegen zur Folge, daß sich die Speicherwirkung der Transistoren nachteilig auswirkt und die Ausschaltzeiten verlängert, wodurch die Ausschaltverluste erheblich ansteigen können.

Es sind auch Maßnahmen bekannt, die Ausschaltverluste in Schalttransistoren dadurch zu verringern, daß im Querzweig der Regelschaltung eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einer Diode vorgesehen ist, wobei die Diode für die Eingangsspannung in Sperrichtung gepolt und durch einen Widerstand überbrückt ist. Bei hohen Arbeitsfrequenzen wirkt sich hier ungünstig aus, daß bei jeder Wiederaufladung des Kondensators die Hälfte der Energie im Vorwiderstand verlorengeht.

Zur Verminderung der Einschaltverluste in Schaltreglern wurde bereits vorgeschlagen, der im Querzweig angeordneten Freilaufdiode eine Zusatzinduktivität in Reihe zu schalten.

Aus einer weiteren Schaltung ist es bekannt, den

Aufwand für die Steuerschaltung von Schalttransistoren in Schaltreglern dadurch zu verringern, daß ein Teil der Steuerleistung über eine positive Rückkopplung aus dem Leistungskreis gedeckt wird. Dazu wird der im

S Basis-Emitterkreis des Schalttransistors verwendete Steuertransformator mit einer dritten Wicklung versehen, die im Laststromkreis mit der Emitter-Kollektorstrecke in Reihe geschaltet ist. Da diese Schaltung mit Sättigungssteuerung arbeitet, hat sie den Nach.eil, daß

ίο der Schalttransistor relativ träge arbeitet und die Schaltung somit für hohe Schaltfrequenzen nicht geeignet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, t-ie es nicht nur gestattet, die Steuerleistung für die Schalttransistoren aus dem Leistungskreis zu decken, sondern gleichzeitig die Umschaltverluste in den Transistoren erheblich zu verringern. Die Erfindung geht dabei von einer Schaltung aus, die mit einem aus einem Taktgenerator gespeisten Steuertransformator arbeitet und bei der eine mit der Kollektor-Emitterstrecke in Reihe geschaltete dritte Transformatorwicklung eine positive Rückkopplung auf den Steuerkreis bewirkt.'
Gemäß der Erfindung ist die Steuerschaltung so ausgebildet, daß der Taktgenerator über den Steuertransformator Beginn und Ende der Durchlaßphase des Schalttransistors (Stellglied) durch je einen kurzen Impuls entgegengesetzter Polarität, deren Amplitude die Ansprechschwelle des rückgekoppelten Basiskreises jeweils gerade über- bzw. unterschreitet, bestimmt und daß die Impulsdauer klein ist gegenüber der halben Periodendauer des Taktgebers.

Hierdurch gelingt es, die Steuerverluste im Basiskreis des Schalttransistors und im elektronischen Steuerteil während der Einschaltdauer auf ein Minimum herabzusetzen. Vor allem werden die Ausschaltverluste des Schalttransistors infolge verminderter Speicherzeiten wesentlich reduziert. Die im Taktgeber aufzubringende Steuerleistung ist weitgehend von d?n Lastverhältnissen unabhängig. In der Anwendung der Steuerschaltung resultieren daraus höhere Schaltf.'equenzcn für das Stellglied und ein besserer Wirkungsgrad. Auch der Aufwand für den elektronischen Taktgeber wird durch den Pulsbetrieb vereinfacht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In der F i g. I ist ein Schaltungskreis mit einem Stellglied und einer Steuerschaltung im Prinzip dargestellt.

se F i g. 2 zeigt eine Steuerimpulsfolge des Taktgebers.

In den aus einer Gleichspannungsquelle L^und einem Verbraucher mit veränderbarem Widerstand Ra bestehenden Stromkreis ist die Emitter-Kollektorstrecke des als Stellglied arbeitenden Schalttransistors Ts und in Reihe dazu die Tertiär-Wicklung nj des Steuerübertragers Ü eingeschaltet. Die Primärwicklung nt des Steuerübertragers ist mit dem Ausgang des Taktgebers Γ verbunden. Die Sekundärwicklung n\ ist an der Basis und am Emitter des Schalttransistors angeschlossen. Da der Steuerübertrager als Stromwandler arbeitet, ist als Abschlußwiderstand die Bürde R vorgesehen.

Der Taktgeber T erzeugt kurze Steuerimpulse entgegengesetzter Polarität (Fig.2), die über die Wicklungen n₂ und n\ an die Steuerstrecke des Schalttransistors Ts gelangen. Die Impulsdauer Ti bzw. Ti des Einschalt- bzw. Sperrimpulses ist sehr viel kürzer als die Periodendauer To. Die Dauer ii der Durchlaßphase ist in Abhängigkeit von einer Regelgröße

variabel.

Der Einschaltimpuls des Taktgenerators steuert den Schalttransistor gerade so weit in den leitenden Zustand, daß ein Kollektorstrom i_c zu fließen beginnt. Aufgrund der positiven Stromrückkopplung über die Wicklungen /?j, n\ wird der Schalttransistor sofort in die Sättigung gesteuert. Die Beendigung der Durchlaßphase erfolgt durch einen entgegengesetzt gerichteten Sperrimpuls, der groß genug sein muß, die Stromrückkopplung kur2zeitig unwirksam zu machen. Da der Sperrimpuls einen hohen Ausräumstrom zur Folge hat, wird der Schalttransistor sehr schnell gesperrt. Der Taktgenerator T hat nur die Steuerleistung für die kurzen Einschalt- und Sperrimpulse aufzubringen, wobei die Amplitude des ersten von der Höhe der Last unabhängig ist und die Amplitude des zweiten die Verringerung der Speicherzeit im Schalttransistor bestimmt. Die Steuerschaltung ist mit Vorteil in Schaltreglern, Wechselrichtern und Gleichspannungswandlern sowie in allen Schaltungen anwendbar, die mit einem Schalttransistor als Stellglied arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für geregelte Gleichspannungswandler mit als Stellglied mit hoher Schaltfrequenz arbeitendem Schalttransistor, dessen Durchlaßphase mittels eines in einem Taktgenerator erzeugten Einschaltimpulses über einen Steuertransformator eingeleitet und wobei der erforderliche Basisstrom durch positive Rückkopplung des Stromes auf den Steuerkreis des Schalttransistors geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (T) über den Steuertransformator Beginn und Ende der Durchlaßphase des Schalttransistors (Stellglied) (Ts) durch je einen kurzen Impuls entgegengesetzter Polarität, deren Amplitude die Ansprechschwelle des rückgekoppelten Basiskreises jeweils gerade über- bzw. unterschreitet, steuert und daß die Impulsdauer klein gegenüber der halben Periodendaner des Taktgebers (T) bemessen und die Amplitude ties Sperrimpulses auf die zulässige Speicherzeit des Schalttransistors (Ts) abgestimmt isL

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Sperrimpulses mit Rücksicht auf die zulässige Speicherzeit des Schalttransistors bemessen wird.